Reife Spermien zeichnen sich durch einen Kopf, ein Mittelstück und einen langen Schwanz zur Fortbewegung aus. Nun haben Forscher des Universitätsklinikums Bonn (UKB) und der Transdisziplinären Forschungseinheit „Leben & Gesundheit“ der Universität Bonn herausgefunden, dass ein Verlust des Strukturproteins ACTL7B die Spermatogenese bei männlichen Mäusen blockiert. Die Zellen können ihre charakteristische Form nicht mehr ausbilden und verbleiben in einer eher runden Form. Die Tiere sind unfruchtbar.
Die Ergebnisse der Studie liegen nun vor veröffentlicht im Tagebuch Entwicklung.
Bei der sogenannten Spermatogenese werden im Hoden ständig männliche Samenzellen in großen Mengen produziert. Dabei entstehen aus runden Keimzellen die typischen länglichen Samenzellen. Diese enorme Formänderung erfordert die fein abgestimmte Reorganisation spezialisierter Strukturproteine. Eines dieser Strukturproteine ist ACTL7B.
„Da es ausschließlich bei Menschen und Mäusen während der Reifung männlicher Spermien hergestellt wird, wurde postuliert, dass das Protein für diese Entwicklungsphase wichtig ist“, bemerkt korrespondierender Autor Prof. Hubert Schorle vom Institut für Pathologie am UKB außerdem Mitglied des Transdisziplinären Forschungsbereichs (TRA) „Life & Health“ der Universität Bonn.
Um die Rolle des Strukturproteins bei der Spermiogenese zu untersuchen, erstellte das Team um Prof. Schorle mithilfe von Gen-Editing-Technologie ein Mausmodell mit einer Mutation im Actl7b-Gen. Dies führt zu einem vollständigen Funktionsverlust von ACTL7B. „Ohne ACTL7B wird die Entwicklung blockiert, die Zellen bleiben oft in einer rundlichen Form, bilden meist nicht die längliche, typische Spermienform aus und sterben weitgehend ab“, sagt Erstautorin Gina Esther Merges, Doktorandin im Labor von Professor Schorle.
Störung im Proteinnetzwerk
In diesem Zusammenhang stellten die Bonner Forscher fest, dass ACTL7B für die Reorganisation des Zytoskeletts von Spermatiden erforderlich ist. Mithilfe massenspektrometrischer Analysen identifizierten sie zwei Interaktionspartner von ACTL7B, DYNLL1 und DYNLL2.
„Wir konnten zeigen, dass DYNLL1 und 2 ohne das Strukturprotein nicht korrekt in den runden Spermatiden lokalisiert sind. Da es sich wahrscheinlich um einen größeren Proteinkomplex mit weiteren Interaktionspartnern handelt, führen wir den oben beschriebenen Effekt auf einen zeitlichen und räumlichen Verlust zurück.“ „genau regulierte und gezielte Umverteilung dieser Proteine“, sagt Schorle.
Dies erklärt, warum die Spermien männlicher Mäuse mit einem mutierten Actl7b-Gen nicht in der Lage sind, die charakteristische Form auszubilden. Aus diesem Grund sind die Tiere unfruchtbar. Darüber hinaus gibt es anderen Untersuchungen zufolge Hinweise darauf, dass bei manchen Fruchtbarkeitspatientinnen der Spiegel des Proteins ACTL7B verringert ist. „Unsere Studie zeigt, dass Mutationen im Actl7b-Gen die Ursache für männliche Unfruchtbarkeit sein könnten“, sagt Schorle.
Mehr Informationen:
Gina E. Merges et al., Actl7b-Mangel führt zu einer Fehllokalisierung der Dynein-Leichtketten vom LC8-Typ und einer Störung der murinen Spermatogenese. Entwicklung (2023). DOI: 10.1242/dev.201593